關(guān)于影子定位技術(shù)的研究

張召海

【摘要】 通過(guò)分析視頻獲取時(shí)間、地點(diǎn)信息是案件偵探、大地測(cè)量、導(dǎo)航等方向的重要手段，在這其中具體應(yīng)用到的方法便是通過(guò)分析視頻中影子的變化進(jìn)行定位。

【關(guān)鍵字】 太陽(yáng)影子 定位 太陽(yáng)高度角 赤緯角 最小二乘法

科技的發(fā)展使得GPS在大地測(cè)量方面得到了廣泛的應(yīng)用，布點(diǎn)靈活、定位精確等特點(diǎn)使其發(fā)展迅速。然而，由于偏遠(yuǎn)地信號(hào)弱、內(nèi)置信息準(zhǔn)確度低，GPS效果并不理想。此時(shí)，太陽(yáng)影子定位技術(shù)的優(yōu)勢(shì)值便凸顯出來(lái)。

一、太陽(yáng)影子定位技術(shù)

若將地球近似為一個(gè)圓，由標(biāo)桿影子長(zhǎng)度的變化便可以近似看出太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌跡。假設(shè)地球靜止不動(dòng)，即把地球做參照物，太陽(yáng)繞地球運(yùn)動(dòng)。便可得到太陽(yáng)方位角與影子變化的關(guān)系，同時(shí)根據(jù)影子頂點(diǎn)坐標(biāo)通過(guò)擬合，結(jié)合北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，得出經(jīng)度，根據(jù)太陽(yáng)高度角的關(guān)系得出緯度。最后由經(jīng)緯度利用Google地圖找到該地點(diǎn)。

二、實(shí)例分析

此處以2015全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽A題為例進(jìn)行分析。影子頂點(diǎn)坐標(biāo)隨時(shí)間變化的關(guān)系已知，測(cè)量日期為4月18日。

根據(jù)影子坐標(biāo)，通過(guò)最小二乘法擬合出一條關(guān)于影子長(zhǎng)度隨時(shí)間變化的曲線如圖1。從曲線圖中得知直桿影子最短時(shí)所對(duì)應(yīng)的當(dāng)?shù)貢r(shí)間 tlocal，tlocal可認(rèn)為北京時(shí)間即東經(jīng)120度的地方。而桿的影子最短時(shí)北京時(shí)間為12：00根據(jù)公式：

然后利用太陽(yáng)的高度角與緯度的關(guān)系得

由以上的關(guān)系式可計(jì)算出太陽(yáng)直射緯度？。

最后根據(jù)影子頂點(diǎn)的坐標(biāo)擬合出影子長(zhǎng)度關(guān)于時(shí)間的曲線，通過(guò)與北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行比較，根據(jù)時(shí)差算出該地的經(jīng)度為116度40。

并通過(guò)日期確定赤緯度δ，并利用谷歌地圖定位得下列地點(diǎn)（經(jīng)度，緯度）：（20.18，116.40），（30.35，116.40），（30.32，116.40），（30.30，116.40）

由得到的地點(diǎn)可知，緯度變化影響較小，經(jīng)度變化影響較大。經(jīng)度影響時(shí)間，時(shí)間越早地點(diǎn)越往東，反之越往西。然而太陽(yáng)高度角主要受緯度的影響，太陽(yáng)越高太陽(yáng)緯度越低，反之太陽(yáng)緯度越高。

由相關(guān)資料和調(diào)查的實(shí)際情況可知緯度影響到該地的獲熱量，經(jīng)度的高低影響到降水量，根據(jù)這兩個(gè)因素我們可以確定出最適合居住的地點(diǎn)。

三、結(jié)論

本文使用太陽(yáng)影子定位技術(shù)，根據(jù)視頻資料中物體影子的變化確定了視頻的拍攝地點(diǎn)。由于影子長(zhǎng)度由測(cè)量獲得，所以最終確定的經(jīng)緯度具有一定的誤差。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]姜啟源，謝金星，葉俊.數(shù)學(xué)建模[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]薛毅.數(shù)學(xué)建?；A(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[3]王正林，龔純，何倩.精通MATLAB科學(xué)計(jì)算[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]陶小紅，胡以華.基于CCD圖像的太陽(yáng)定位技術(shù)[J].能源研究與信息，2005，21（1）.

[5]但尚銘.太陽(yáng)高度角計(jì)算程序介紹[J].環(huán)境科學(xué)，1989，10（4）.